JP2018040035A - Process for treating lithium-ion battery scrap - Google Patents
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Abstract
【課題】銅を含むリチウムイオン電池スクラップを浸出させるに当り、可能な限り銅を酸性溶液に溶解させずに固体として残して、後工程での負荷を軽減することのできるリチウムイオン電池スクラップの処理方法を提供する。【解決手段】この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、少なくとも銅を含むリチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に接触させて、リチウムイオン電池スクラップを浸出させる浸出工程を有し、前記浸出工程にて、酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属片を、酸性溶液に添加する。【選択図】図1When leaching lithium-ion battery scrap containing copper, the processing of the lithium-ion battery scrap can reduce the load in the subsequent process by leaving copper as a solid without dissolving it in an acidic solution as much as possible. Provide a method. A method for treating lithium ion battery scrap according to the present invention includes a leaching step of leaching lithium ion battery scrap by bringing a lithium ion battery scrap containing at least copper into contact with an acidic solution and leaching the lithium ion battery scrap. At the timing when the oxidation-reduction potential (ORPvsAg / AgCl) of the acidic solution starts to rise rapidly, a metal piece containing at least one element of iron, nickel and cobalt is added to the acidic solution. [Selection] Figure 1
Description
この発明は、リチウムイオン電池スクラップを処理する方法に関するものであり、特には、各種リチウムイオン電池スクラップからの有価金属の回収に有効に用いることのできる技術を提案するものである。 The present invention relates to a method for treating lithium ion battery scrap, and in particular, proposes a technique that can be used effectively for recovering valuable metals from various lithium ion battery scraps.
各種の電子デバイスをはじめとして多くの産業分野で使用されているリチウムイオン電池は、マンガン、ニッケルおよびコバルトを含有するリチウム金属塩を正極活物質として用いたものであり、近年は、その使用量の増加および使用範囲の拡大に伴い、電池の製品寿命や製造過程での不良により廃棄される量が増大している状況にある。
かかる状況の下では、大量に廃棄されるリチウムイオン電池スクラップから、上記のニッケルおよびコバルト等の高価な元素を、再利用するべく比較的低コストで容易に回収することが望まれる。
Lithium ion batteries used in many industrial fields, including various electronic devices, use lithium metal salts containing manganese, nickel and cobalt as positive electrode active materials. Along with the increase and the expansion of the range of use, the amount discarded due to the product life of the battery and defects in the manufacturing process is increasing.
Under such circumstances, it is desirable to easily recover the above-described expensive elements such as nickel and cobalt from lithium ion battery scraps that are discarded in large quantities at a relatively low cost for reuse.
有価金属の回収のためにリチウムイオン電池スクラップを処理するには、はじめに、たとえば、所要に応じて焙焼、破砕および篩別等の各工程を経て得られた粉状ないし粒状のリチウムイオン電池スクラップを、過酸化水素水を用いて酸浸出し、そこに含まれ得るリチウム、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、銅、アルミニウム等を溶液中に溶解させて浸出後液を得る。 In order to process lithium ion battery scrap for recovering valuable metals, first, for example, powdery or granular lithium ion battery scrap obtained through various processes such as roasting, crushing and sieving as required. Is leached with aqueous hydrogen peroxide, and lithium, nickel, cobalt, manganese, iron, copper, aluminum, and the like that can be contained therein are dissolved in the solution to obtain a solution after leaching.
次いで、その浸出後液に対して溶媒抽出法を実施して、各金属元素を分離させる。ここでは、浸出後液に浸出しているそれぞれの金属を分離させるため、浸出後液に対し、分離させる金属に応じた複数段階の溶媒抽出もしくは中和等を順次に施し、さらには、各段階で得られたそれぞれの溶液に対して、逆抽出、電解、炭酸化その他の処理を施す。具体的には、まず鉄およびアルミニウムを回収し、続いてマンガンおよび銅、そしてコバルト、その後にニッケルを回収して、最後に水相にリチウムを残すことで、各有価金属を回収することができる。 Next, a solvent extraction method is performed on the leached solution to separate each metal element. Here, in order to separate each metal leached in the liquid after leaching, the liquid after leaching is sequentially subjected to multiple stages of solvent extraction or neutralization, etc. according to the metal to be separated. Back extraction, electrolysis, carbonation, and other treatments are performed on each solution obtained in (1). Specifically, each valuable metal can be recovered by first recovering iron and aluminum, then recovering manganese and copper, then cobalt, then nickel, and finally leaving lithium in the aqueous phase. .
なおこの種の従来技術として、特許文献1には、ニッケル及びコバルトと鉄、アルミニウム及びマンガンその他の不純物元素とを含有する硫酸酸性水溶液から、ニッケルを回収する方法であって、硫酸酸性水溶液から、鉄およびアルミニウムを酸化中和処理にて除去し、次いで、中和処理によりニッケルおよびコバルトを含有する混合水酸化物を分離回収した後、その混合水酸化物を溶解して得た濃縮液から、溶媒抽出処理によってコバルトおよびニッケルをそれぞれ含有する逆抽出液を得ることが記載されている。
また、特許文献2には、リチウム、マンガン、ニッケル、及びコバルトからなる金属群Aと、銅、アルミニウム及び鉄からなる金属群Bとを含有する金属混合水溶液に対して、所定の条件の溶媒抽出を順次に施し、各金属を分離することが記載されている。
As this type of prior art, Patent Document 1 discloses a method for recovering nickel from a sulfuric acid aqueous solution containing nickel, cobalt, iron, aluminum, manganese, and other impurity elements. After removing iron and aluminum by oxidation neutralization treatment, and then separating and recovering the mixed hydroxide containing nickel and cobalt by the neutralization treatment, from the concentrated solution obtained by dissolving the mixed hydroxide, It is described that a back extract containing cobalt and nickel, respectively, is obtained by a solvent extraction process.
Patent Document 2 discloses solvent extraction under predetermined conditions for a metal mixed aqueous solution containing a metal group A composed of lithium, manganese, nickel, and cobalt and a metal group B composed of copper, aluminum, and iron. Are sequentially applied to separate each metal.
上述したように、複数種類の金属イオンを含む浸出後液から各金属を分離回収するためには、多くの処理を要する。それ故、浸出後液に含まれる複数種類の金属イオンのうち、特定の金属イオンを溶解させずに固体として残すことができれば、その後の回収工程で、各金属を分離回収するために浸出後液に施す多様な処理のうち、固体として残した金属の回収に必要な処理を簡略化ないし省略することができるので、処理の能率及びコストの観点から有効である。
特に、銅イオンが浸出後液に高い濃度で含まれていると、たとえばコバルトを溶媒抽出して逆抽出した後の電解工程で、電着異常が発生する原因となることがあり、後工程での負荷が大きいという問題がある。
As described above, in order to separate and recover each metal from the leached solution containing a plurality of types of metal ions, many processes are required. Therefore, if a specific metal ion can be left as a solid without dissolving it among the multiple types of metal ions contained in the liquid after leaching, the liquid after leaching is used to separate and recover each metal in the subsequent recovery step. Of the various treatments applied to the above, since the treatment necessary for recovering the metal left as a solid can be simplified or omitted, it is effective from the viewpoint of processing efficiency and cost.
In particular, if copper ions are contained in a high concentration in the solution after leaching, for example, it may cause an electrodeposition abnormality in the electrolysis process after solvent extraction of cobalt and back extraction. There is a problem that the load of.
この発明は、従来技術が抱えるこのような問題を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、銅を含むリチウムイオン電池スクラップを浸出させるに当り、可能な限り銅を酸性溶液に溶解させずに固体として残して、後工程での負荷を軽減することのできるリチウムイオン電池スクラップの処理方法を提供することにある。 The object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and the object of the present invention is to use as much copper as possible when leaching lithium ion battery scrap containing copper. An object of the present invention is to provide a method for treating lithium ion battery scrap that can be left as a solid without being dissolved in an acidic solution, and can reduce the load in the subsequent process.
発明者は鋭意検討の結果、銅を含むリチウムイオン電池スクラップを酸性溶液と接触させて浸出させる際に、コバルト等が酸性溶液中に固体として残留している間は、銅の酸化溶解が抑制されて浸出されず、その後、コバルト等が完全に溶解すると、銅の浸出が開始するとともに、それに伴って酸化還元電位が急上昇することを新たに見出した。
そして、このことを利用することにより、酸性溶液中に銅を溶解させずに固体として残すことができると考えた。
As a result of intensive studies, the inventor has suppressed copper oxidative dissolution while cobalt or the like remains as a solid in the acidic solution when the lithium ion battery scrap containing copper is brought into contact with the acidic solution and leached. It was newly found that when cobalt and the like are completely dissolved after that, copper leaching starts and the oxidation-reduction potential rapidly increases accordingly.
And it was thought that by utilizing this, copper can be left as a solid in an acidic solution without dissolving it.
この知見に基き、この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、少なくとも銅を含むリチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に接触させて、リチウムイオン電池スクラップを浸出させる浸出工程を有し、前記浸出工程にて、酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属片を、酸性溶液に添加することにある。 Based on this knowledge, the lithium ion battery scrap processing method of the present invention has a leaching step of leaching lithium ion battery scrap by bringing a lithium ion battery scrap containing at least copper into contact with an acidic solution, and the leaching step includes Then, at the timing when the oxidation-reduction potential (ORPvsAg / AgCl) of the acidic solution starts to rise rapidly, the metal piece containing at least one element of iron, nickel and cobalt is added to the acidic solution.
ここで、前記金属片を添加するタイミングを、前記酸化還元電位の上昇速度が15mV/min以上となったときから5分経過するまでの間とすることが好ましい。 Here, it is preferable that the timing at which the metal piece is added is a period from when the rate of increase of the oxidation-reduction potential becomes 15 mV / min or more until 5 minutes have passed.
この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、前記浸出工程で得られる浸出後液がアルミニウム及び鉄を含み、前記浸出後液を、pH4.0〜6.0の範囲内に中和した後に固液分離を行い、浸出後液中のアルミニウムを除去する脱アルミニウム工程と、前記脱アルミニウム工程の後、酸化剤を添加して、pHを3.0〜5.0の範囲内に調整した後に固液分離を行い、鉄を除去する脱鉄工程とをさらに有することが好ましい。
ここでは、前記浸出工程で、リチウムイオン電池スクラップに含まれる銅を固体のままで浸出後液中に残し、前記脱アルミニウム工程で、固液分離により、浸出後液中の銅を、アルミニウムとともに除去することがより好ましい。
According to the method for treating lithium ion battery scrap of the present invention, the leaching solution obtained in the leaching step contains aluminum and iron, and the leaching solution is neutralized within the range of pH 4.0 to 6.0. Liquid separation is performed, and after the leaching, aluminum is removed from the liquid, and after the dealumination process, an oxidizing agent is added to adjust the pH within the range of 3.0 to 5.0 and then solidify. It is preferable to further have a deironing step of performing liquid separation and removing iron.
Here, in the leaching step, the copper contained in the lithium ion battery scrap is left in the liquid after leaching as a solid, and in the dealumination step, the copper in the leached solution is removed together with aluminum by solid-liquid separation. More preferably.
また、この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、前記浸出工程で得られる浸出後液がアルミニウム及び鉄を含み、前記浸出後液に対して固液分離を行った後、酸化剤を添加して、pHを3.0〜4.0の範囲内に調整した後に固液分離を行い、鉄を除去する脱鉄工程と、前記脱鉄工程の後、pH4.0〜6.0の範囲内に中和した後に固液分離を行い、アルミニウムを除去する脱アルミニウム工程とをさらに有することが好ましい。 Further, in the method for treating lithium ion battery scrap of the present invention, the leached liquid obtained in the leaching step contains aluminum and iron, and after performing solid-liquid separation on the leached liquid, an oxidizing agent is added. Then, after adjusting the pH to be in the range of 3.0 to 4.0, solid-liquid separation is performed to remove iron, and after the deironing step, the pH is in the range of 4.0 to 6.0. It is preferable to further include a dealumination step for performing solid-liquid separation after neutralization to remove aluminum.
上述した脱鉄工程で添加する酸化剤は、二酸化マンガン、正極活物質、および、正極活物質を浸出して得られるマンガン含有浸出残渣からなる群から選択される一種以上とすることが好適である。 The oxidizing agent added in the above-described deironing step is preferably at least one selected from the group consisting of manganese dioxide, a positive electrode active material, and a manganese-containing leaching residue obtained by leaching the positive electrode active material. .
また、上述した脱アルミニウム工程及び脱鉄工程を経て得られた分離後液が、該分離後液中に溶解したマンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを含み、前記分離後液に対して溶媒抽出を行い、該分離後液からマンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを除去する抽出工程をさらに有することが好ましい。
この抽出工程では、前記分離後液に対し、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を含有する混合抽出剤を使用して溶媒抽出することが好ましい。
Further, the post-separation liquid obtained through the above-described dealumination process and iron removal process contains manganese, copper, iron and / or aluminum dissolved in the post-separation liquid, and solvent extraction is performed on the post-separation liquid. It is preferable to further have an extraction step of removing manganese, copper, iron and / or aluminum from the separated solution after the separation.
In this extraction step, it is preferable to perform solvent extraction on the post-separation solution using a mixed extract containing a phosphate ester extractant and an oxime extractant.
この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法は、上記の抽出工程後の抽出残液から、コバルト及び/又はニッケルを回収するコバルト/ニッケル回収工程をさらに含むことが好適である。
また、前記コバルト/ニッケル回収工程の後、リチウムを回収するリチウム回収工程をさらに含むことが好適である。
The lithium ion battery scrap processing method of the present invention preferably further includes a cobalt / nickel recovery step of recovering cobalt and / or nickel from the extraction residual liquid after the extraction step.
It is preferable that the method further includes a lithium recovery step of recovering lithium after the cobalt / nickel recovery step.
この発明のリチウムイオン電池スクラップの処理方法によれば、浸出工程にて、酸性溶液の酸化還元電位が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属片を、酸性溶液に添加することにより、銅の溶解が抑制されるので、可能な限り銅を酸性溶液に溶解させずに固体として残して、後工程での負荷を軽減することができる。 According to the lithium ion battery scrap processing method of the present invention, at the timing when the oxidation-reduction potential of the acidic solution starts to rise rapidly in the leaching step, the metal piece containing at least one element of iron, nickel, and cobalt is added. Since the dissolution of copper is suppressed by adding to the acidic solution, the load in the subsequent process can be reduced by leaving the copper as a solid without dissolving it in the acidic solution as much as possible.
以下に、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
この発明の一の実施形態に係るリチウムイオン電池スクラップの処理方法では、少なくとも銅を含むリチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に接触させて、リチウムイオン電池スクラップを浸出させる浸出工程において、酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素の金属又は、該少なくとも一種の元素を含有する合金からなる金属片を、酸性溶液に添加する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
In the method for treating lithium ion battery scrap according to one embodiment of the present invention, in the leaching step of leaching the lithium ion battery scrap by bringing the lithium ion battery scrap containing at least copper into contact with the acidic solution and leaching the lithium ion battery scrap, At the timing when the potential (ORPvsAg / AgCl) starts to rise rapidly, a metal piece of at least one element of iron, nickel and cobalt or an alloy containing the at least one element is added to the acidic solution. .
(リチウムイオン電池スクラップ)
この発明で対象とするリチウムイオン電池スクラップは、携帯電話その他の種々の電子機器等で使用されたリチウムイオン電池のスクラップであればどのようなものでもかまわないが、なかでも、電池製品の寿命や製造不良またはその他の理由によって廃棄されたものを対象とすることが、資源の有効活用の観点から好ましい。
(Lithium ion battery scrap)
The lithium ion battery scrap to be used in the present invention may be any scrap as long as it is a lithium ion battery scrap used in mobile phones and other various electronic devices. From the viewpoint of effective utilization of resources, it is preferable to target products that are discarded due to manufacturing defects or other reasons.
リチウムイオン電池スクラップとしては、いわゆる電池滓とすることができ、この電池滓にアルミニウム箔付き正極材もしくは正極活物質を混合したものでもよく、また、電池滓を、必要に応じて焙焼し、化学処理し、破砕し、および/もしくは篩別したもの等とすることができる。 The lithium ion battery scrap can be a so-called battery case, which may be a mixture of a positive electrode material with an aluminum foil or a positive electrode active material, and the battery case is roasted as necessary. It can be chemically treated, crushed, and / or sieved.
電池滓には、マンガン、ニッケル及びコバルトを含有するリチウム金属塩である正極活物質の他、カーボン、鉄及び銅を含む負極材や、正極活物質が付着されるアルミニウム箔、リチウムイオン電池のアルミニウム筐体が含まれることがある。具体的には、リチウムイオン電池には、正極活物質を構成するリチウム、ニッケル、コバルト、マンガンのうちの一種の元素からなる単独金属酸化物および/または、二種以上の元素からなる複合金属酸化物、並びに、アルミニウム、銅、鉄、カーボン等が含まれ得る。 The battery case includes a positive electrode active material that is a lithium metal salt containing manganese, nickel, and cobalt, a negative electrode material containing carbon, iron, and copper, an aluminum foil to which the positive electrode active material is attached, and aluminum of a lithium ion battery. A case may be included. Specifically, the lithium ion battery includes a single metal oxide composed of one element of lithium, nickel, cobalt, and manganese constituting the positive electrode active material and / or a composite metal oxide composed of two or more elements. As well as aluminum, copper, iron, carbon and the like.
この発明では、銅を、たとえば0.5質量%〜5質量%、好ましくは1質量%〜15質量%で含むリチウムイオン電池スクラップを対象とすることが特に効果的である。このような比較的多量の銅を含むリチウムイオン電池スクラップを従来の方法で浸出した場合、多量の銅が溶解した溶液に対して溶媒抽出を行うことになり、その後の電解工程で、電着異常が発生する原因となるからである。なお、リチウムイオン電池スクラップ中に含まれる銅が少なすぎる場合、特に大きな問題とはならないが、この発明を適用することによる効果が薄くなる。 In this invention, it is particularly effective to target lithium ion battery scrap containing copper in an amount of, for example, 0.5% by mass to 5% by mass, preferably 1% by mass to 15% by mass. When such a relatively large amount of copper-containing lithium ion battery scrap is leached by the conventional method, a solvent extraction is performed on a solution in which a large amount of copper is dissolved. It is because it becomes a cause to generate | occur | produce. In addition, when there is too little copper contained in a lithium ion battery scrap, although it does not become a big problem in particular, the effect by applying this invention becomes thin.
(浸出工程)
浸出工程では、たとえば破砕・篩別により篩下に得られた粉末状の上記のリチウムイオン電池スクラップを、浸出液としての硫酸酸性溶液等の酸性溶液と接触させて浸出させる。それにより、リチウムイオン電池スクラップに含まれる所定の金属が浸出した浸出後液を得る。
(Leaching process)
In the leaching step, for example, the above-described powdered lithium ion battery scrap obtained by crushing and sieving is brought into contact with an acidic solution such as a sulfuric acid acidic solution as a leaching solution and leached. Thereby, a liquid after leaching in which a predetermined metal contained in the lithium ion battery scrap is leached is obtained.
ここにおいて、この実施形態では、リチウムイオン電池スクラップを投入した酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)を、たとえば0.5分もしくは0.1分等の数分おきに計測し、その酸化還元電位が、それまでの変化と比較して急上昇し始めたタイミングで、酸性溶液に、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素の金属又は、該少なくとも一種の元素を含有する合金からなる金属片を添加する。 In this embodiment, the oxidation-reduction potential (ORPvsAg / AgCl) of the acidic solution charged with the lithium ion battery scrap is measured every few minutes, for example, 0.5 minutes or 0.1 minutes, and the oxidation-reduction is performed. At the timing when the potential starts to rise sharply compared with the change so far, the acid solution contains at least one elemental metal of iron, nickel and cobalt, or an alloy containing the at least one element. Add pieces.
酸性溶液と、銅を含むリチウムイオン電池スクラップとを接触させると、たとえばリチウムイオン電池スクラップに含まれ得る正極活物質のコバルトや、アルミニウム箔のアルミニウム等が、銅よりも卑な金属であることに起因して、銅よりも先に溶解することになり、その後、それらの金属が完全に溶解した際に、銅の溶解が開始するとともに酸化還元電位が急上昇する。
このタイミングで、鉄、ニッケル及び/又はコバルトを酸性溶液に添加することにより、銅の代わりにそれらの添加金属が溶解し、銅の溶解が抑制されて銅が浸出されないことになる。なおここで、酸化還元電位が急上昇し、銅が溶解するORP値に達した後には銅の溶解が始まるところ、鉄、ニッケル及び/又はコバルトの添加前に、銅が若干溶解していたとしても、添加された鉄、ニッケル及び/又はコバルトの溶解に伴い、銅がイオンから固体に戻ることもあると考えられる。いずれにしても、鉄、ニッケル及び/又はコバルトの添加は、浸出工程で得られる浸出後液中に銅を固体で残すことに寄与する。
When the acidic solution and the lithium ion battery scrap containing copper are brought into contact with each other, for example, the positive electrode active material cobalt that can be included in the lithium ion battery scrap, aluminum in the aluminum foil, etc. is a base metal than copper. As a result, it is dissolved before copper, and when those metals are completely dissolved, the dissolution of copper starts and the oxidation-reduction potential rises rapidly.
By adding iron, nickel, and / or cobalt to the acidic solution at this timing, those added metals are dissolved instead of copper, so that the dissolution of copper is suppressed and copper is not leached. Here, the oxidation-reduction potential rises rapidly, and after reaching the ORP value at which copper dissolves, the dissolution of copper begins. Even if copper is slightly dissolved before the addition of iron, nickel and / or cobalt, It is believed that copper may return from an ion to a solid as the added iron, nickel and / or cobalt dissolves. In any case, the addition of iron, nickel and / or cobalt contributes to leaving copper as a solid in the post-leaching solution obtained in the leaching step.
金属片を酸性溶液に添加するタイミングは、具体的には、酸性溶液とリチウムイオン電池スクラップとを接触させた後、酸性溶液の酸化還元電位の上昇速度が15mV/min以上、好ましくは30mV/min以上となったときとすることができ、特に、酸化還元電位の上昇速度が一旦15mV/min以上となったときから5分経過するまでの間、好ましくは1分経過するまでの間とすることが好ましい。酸化還元電位の上昇速度が15mV/min未満では、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るコバルト等が完全に溶解しておらず、銅の溶解がまだ始まる前の状態と考えられる。また、酸化還元電位の上昇速度が15mV/min以上となってから5分を経過した後は、かなりの銅が既に溶解していることが懸念される。 Specifically, the timing of adding the metal piece to the acidic solution is such that after the acidic solution and the lithium ion battery scrap are brought into contact with each other, the increase rate of the oxidation-reduction potential of the acidic solution is 15 mV / min or more, preferably 30 mV / min. Especially when the rate of increase of the oxidation-reduction potential once exceeds 15 mV / min until 5 minutes have passed, preferably until 1 minute has passed. Is preferred. When the rate of increase of the oxidation-reduction potential is less than 15 mV / min, it is considered that cobalt or the like that can be contained in the lithium ion battery scrap is not completely dissolved, and the state before the dissolution of copper has yet started. In addition, there is a concern that a considerable amount of copper is already dissolved after 5 minutes have passed since the rate of increase of the redox potential is 15 mV / min or more.
より具体的には、酸性溶液の酸化還元電位が、たとえば−300mV以上かつ−100mV以下となったとき、好ましくは−250mV以上かつ−200mV以下となったときに、上述した金属片を添加することができる。酸化還元電位が低すぎる状態で金属片を添加すると、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るコバルト等が完全に溶解しておらず銅の溶解がまだ始まる前の状態と考えられ、この一方で、酸化還元電位が高すぎる状態で金属片を添加すると、銅が既に溶解していることが懸念されるからである。 More specifically, when the oxidation-reduction potential of the acidic solution is, for example, −300 mV or more and −100 mV or less, preferably −250 mV or more and −200 mV or less, the above-described metal piece is added. Can do. If a metal piece is added in a state where the oxidation-reduction potential is too low, it is considered that cobalt or the like that can be contained in the lithium ion battery scrap is not completely dissolved and copper is not yet dissolved. This is because if the metal piece is added in a state where the reduction potential is too high, there is a concern that copper is already dissolved.
酸性溶液に添加する金属片は、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属であり、これが単体金属からなるか又は合金からなるかは問わない。
鉄、ニッケル、コバルトは、イオン化傾向が銅よりも大きく、銅に比して溶けやすいことから、上述したような銅の浸出抑制を可能にする。しかも、これらの元素は、そもそもリチウムイオン電池スクラップに含まれていることが多く、浸出工程後に除去ないし回収しやすい。なお、アルミニウムも銅よりイオン化傾向が大きく、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るが、浸出工程後の除去が比較的困難であることから、酸性溶液への添加元素としてはあまり望ましくない。
The metal piece added to the acidic solution is a metal containing at least one element of iron, nickel, and cobalt, and it does not matter whether it is made of a single metal or an alloy.
Iron, nickel, and cobalt have a greater ionization tendency than copper, and are easier to dissolve than copper, thereby enabling suppression of copper leaching as described above. In addition, these elements are often contained in lithium ion battery scraps in the first place, and are easily removed or recovered after the leaching process. Aluminum also has a higher ionization tendency than copper and can be included in lithium ion battery scrap, but it is relatively undesirable to remove after the leaching step, so it is less desirable as an additive element to the acidic solution.
上述した元素を金属片の形態で酸性溶液に添加するのは、浸出工程の後の種々の工程での固液分離等による回収が容易になるからである。この金属片としては、たとえば、最大寸法が、好ましくは1mm〜1000mm、より好ましくは10mm〜100mmの板状もしくは箔状のものとすることができる。この範囲内の寸法の金属片であれば、有効に溶解し得る程度の酸性溶液との接触面積が確保されるとともに、溶解後の溶け残ったものを後工程で容易に回収することができる。細かい粉末状とした場合は、浸出工程後の回収に手間ないし器具を要することがあり、この一方で、ある程度の大きさを有するブロックもしくは塊状とした場合は、酸性溶液との接触面積が小さくなってあまり溶解せず、銅の溶解が有効に抑制されないおそれがある。 The reason why the above-described element is added to the acidic solution in the form of a metal piece is that recovery by solid-liquid separation or the like in various steps after the leaching step is facilitated. As this metal piece, for example, the maximum dimension is preferably 1 mm to 1000 mm, and more preferably 10 mm to 100 mm. If the metal piece has a size within this range, a contact area with an acidic solution that can be effectively dissolved is ensured, and undissolved material after dissolution can be easily recovered in a subsequent process. When fine powder is used, recovery after the leaching process may require labor or equipment. On the other hand, when a block or block having a certain size is used, the contact area with the acidic solution decreases. Therefore, the dissolution of copper may not be effectively suppressed.
浸出工程では、浸出液のpHは、0〜2.0とすることができる。このときのpHが大きすぎると、コバルト及びニッケルの浸出速度が十分でない可能性があり、この一方で、pHが小さすぎると、浸出が急速に進み、銅が浸出してしまい、また、後工程にてpHを上げる必要がある際はpH調整のためコスト増となる可能性があるからである。 In the leaching step, the pH of the leaching solution can be 0 to 2.0. If the pH at this time is too high, the leaching rate of cobalt and nickel may not be sufficient. On the other hand, if the pH is too low, the leaching proceeds rapidly and copper is leached, and the post-process This is because there is a possibility that the cost may increase due to pH adjustment when it is necessary to raise the pH.
また浸出工程で、リチウムイオン電池スクラップを酸性溶液に添加したときから浸出終了までの浸出時間は0.5時間〜10時間とすることが好ましい。反応時間が短すぎると、溶かしたいコバルトやニッケルが十分に溶解しない場合がある。一方、浸出時間が長すぎると、銅の溶解が始まるおそれがあるからである。浸出時間のより好ましい範囲は、1時間〜5時間、さらに好ましくは1時間〜3時間である。 In the leaching step, the leaching time from when the lithium ion battery scrap is added to the acidic solution to the end of leaching is preferably 0.5 hours to 10 hours. If the reaction time is too short, cobalt or nickel to be dissolved may not be sufficiently dissolved. On the other hand, if the leaching time is too long, dissolution of copper may start. A more preferable range of the leaching time is 1 hour to 5 hours, more preferably 1 hour to 3 hours.
以上に述べた浸出工程の後は、たとえば、図1に示す実施形態又は図2に示す実施形態の工程を行うことができる。以下にそれぞれの実施形態を詳細に説明する。 After the leaching process described above, for example, the process of the embodiment shown in FIG. 1 or the embodiment shown in FIG. 2 can be performed. Each embodiment will be described in detail below.
<図1に示す実施形態>
図1に示す実施形態では、上記の浸出工程の後、脱アルミニウム工程及び脱鉄工程をこの順序で行い、その後、抽出工程を経てコバルト/ニッケル回収工程、リチウム回収工程を行う。
<Embodiment shown in FIG. 1>
In the embodiment shown in FIG. 1, after the leaching step, the dealumination step and the iron removal step are performed in this order, and then the cobalt / nickel recovery step and the lithium recovery step are performed through the extraction step.
(脱アルミニウム工程)
脱アルミニウム工程では、上記の浸出工程で得られた浸出後液のpHを、4.0〜6.0の範囲内に上昇させて中和することにより、浸出後液中のアルミニウムを沈殿させ、その後の固液分離により、かかるアルミニウムを除去する。
(Dealuminizing process)
In the dealumination step, the pH of the leached solution obtained in the leaching step is neutralized by raising the pH in the range of 4.0 to 6.0, thereby precipitating aluminum in the leached solution, The aluminum is removed by subsequent solid-liquid separation.
この脱アルミニウム工程で、pHが低すぎるとアルミニウムを十分に沈殿させることができず、この一方で、pHが高すぎるとコバルト等の他の金属も沈殿してしまう。この観点より、脱アルミニウム工程における浸出後液のpHは、4.0〜6.0とすることがより好ましく、特に、4.5〜5.0とすることがさらに好ましい。
脱アルミニウム工程では、pHを上述した範囲内に上昇させるため、浸出後液に、たとえば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリを添加することができる。
In this dealumination step, if the pH is too low, the aluminum cannot be sufficiently precipitated. On the other hand, if the pH is too high, other metals such as cobalt are also precipitated. From this viewpoint, the pH of the solution after leaching in the dealumination process is more preferably 4.0 to 6.0, and particularly preferably 4.5 to 5.0.
In the dealumination step, in order to raise the pH within the above-described range, for example, alkali such as sodium hydroxide, sodium carbonate, ammonia or the like can be added to the liquid after leaching.
また脱アルミニウム工程では、浸出後液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)を−500mV〜100mVとすることが好ましく、さらには、−400mV〜0mVとすることがより好ましい。このときの酸化還元電位が高すぎる場合は、コバルトが四酸化三コバルト(Co3O4)として沈殿するおそれがあり、この一方で、酸化還元電位が低すぎると、コバルトが単体金属(Coメタル)に還元されて沈殿することが懸念される。 In the dealumination step, the redox potential (ORPvsAg / AgCl) of the solution after leaching is preferably −500 mV to 100 mV, and more preferably −400 mV to 0 mV. If the oxidation-reduction potential at this time is too high, cobalt may precipitate as tricobalt tetroxide (Co 3 O 4 ). On the other hand, if the oxidation-reduction potential is too low, cobalt is a single metal (Co metal). ) To be precipitated.
そしてまた、脱アルミニウム工程では、浸出後液の温度を、50℃〜90℃とすることが好適である。これはすなわち、浸出後液の温度を50℃未満とした場合は、反応性が悪くなることが懸念され、また、90℃より高くした場合は高熱に耐えられる装置が必要になる他、安全上も好ましくない。 In the dealumination step, it is preferable that the temperature of the leached solution is 50 ° C to 90 ° C. In other words, if the temperature of the liquid after leaching is less than 50 ° C, there is a concern that the reactivity will deteriorate, and if it is higher than 90 ° C, a device that can withstand high heat is required. Is also not preferred.
上述したようにしてアルミニウムを十分に沈殿させた後は、フィルタープレスやシックナー等の公知の装置及び方法を用いて固液分離を行って、主として、沈殿したアルミニウムを除去する。
脱アルミニウム工程における固液分離では、浸出工程で溶かさずに固体として残した銅や、リチウムイオン電池スクラップに含まれ得るカーボンもまた分離させることができる。この固液分離では、アルミニウムとともに銅も除去できるので、たとえば浸出工程直後の銅を単独で除去するための固液分離を省略することができて、処理能率の向上およびコストの低減を図ることができる。したがって、浸出工程後で脱アルミニウム工程前には固液分離を行わずに、浸出後液中の銅を固体のままで残すことが好適である。
After sufficiently precipitating aluminum as described above, solid-liquid separation is performed using a known apparatus and method such as a filter press or thickener to mainly remove the precipitated aluminum.
In the solid-liquid separation in the dealumination process, the copper remaining as a solid without being dissolved in the leaching process and the carbon that can be contained in the lithium ion battery scrap can also be separated. In this solid-liquid separation, since copper can be removed together with aluminum, for example, solid-liquid separation for removing copper alone immediately after the leaching step can be omitted, thereby improving the processing efficiency and reducing the cost. it can. Therefore, it is preferable to leave the copper in the liquid after leaching as a solid without performing solid-liquid separation after the leaching process and before the dealumination process.
また、アルミニウムのみの沈殿物を濾過しようとすると、ゲル状のアルミニウム沈殿物は濾過することが困難であり、濾過速度の低下を招くが、この脱アルミニウム工程における固液分離では、沈殿物に、アルミニウムのみならず銅やカーボン等が含まれることから、かかる銅やカーボン等が、ゲル状のアルミニウム沈殿物の濾過のしにくさを補って、濾過に要する時間を短縮化することができる。 In addition, if an aluminum-only precipitate is filtered, it is difficult to filter the gel-like aluminum precipitate, resulting in a decrease in the filtration rate, but in the solid-liquid separation in this dealumination step, Since not only aluminum but also copper, carbon, and the like are included, such copper, carbon, etc. can compensate for the difficulty of filtering the gel-like aluminum precipitate, and the time required for filtration can be shortened.
なお、先述の浸出工程で得られる浸出後液が、それに溶解したリチウムを含む場合であって、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)が、1.1以上であれば、脱アルミニウム工程における沈殿物に含まれるアルミニウムが、ゲル状のAl(OH)3の他、結晶性のあるLiAlO2、LiAl2(OH)7等の複合酸化物、複合水酸化物を生成し、粉末状に近い形態となる。この場合は、更なる濾過時間の短縮化を図ることができる。この観点から、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)は、1.1以上とすることが好ましい。 Note that the liquid after leaching obtained in the leaching step described above contains lithium dissolved therein, and the molar ratio of lithium to aluminum (Li / Al ratio) in the liquid after leaching is 1.1 or more. For example, the aluminum contained in the precipitate in the dealumination step produces gel-like Al (OH) 3 as well as complex oxides and hydroxides such as crystalline LiAlO 2 and LiAl 2 (OH) 7. And it becomes a form close to powder. In this case, the filtration time can be further shortened. From this viewpoint, the molar ratio of lithium to aluminum (Li / Al ratio) in the liquid after leaching is preferably 1.1 or more.
なお、浸出後液中のリチウムは、リチウムイオン電池スクラップにそもそも含まれるリチウムが酸浸出されたものとすることができる他、浸出後液に他のリチウム含有材料を添加して、これが酸浸出されたものとすることもできる。また、リチウム含有材料の添加により、浸出後液中のAl/Li比を調整することが可能である。このリチウム含有材料としては、試薬を用いることもできるが、リチウムイオン電池スクラップの処理プロセスで得られた炭酸リチウム、水酸化リチウムその他のリチウム化合物や、これらのうちの少なくとも一種を水に溶解させて得られるリチウム水溶液とすることが好ましい。 In addition, the lithium in the solution after leaching can be obtained by acid leaching of lithium originally contained in the lithium ion battery scrap, and other lithium-containing materials are added to the solution after leaching, and this is acid leached. It can also be Moreover, it is possible to adjust the Al / Li ratio in the liquid after leaching by adding a lithium-containing material. As the lithium-containing material, a reagent can be used, but lithium carbonate, lithium hydroxide and other lithium compounds obtained in the lithium ion battery scrap treatment process, or at least one of them can be dissolved in water. It is preferable to obtain an obtained lithium aqueous solution.
(脱鉄工程)
脱鉄工程では、上記の脱アルミニウム工程で得られた溶液に、酸化剤を添加するとともに、pHを3.0〜5.0の範囲内に調整することにより、溶液中の鉄を沈殿させ、その後の固液分離により、かかる鉄を除去する。
(Deironing process)
In the iron removal step, an oxidant is added to the solution obtained in the above dealumination step, and the pH in the range of 3.0 to 5.0 is adjusted to precipitate iron in the solution, The iron is removed by subsequent solid-liquid separation.
この脱鉄工程では、酸化剤の添加により、溶液中の鉄が、2価から3価へ酸化されることになり、3価の鉄は2価の鉄よりも低いpHで酸化物(水酸化物)として沈殿することから、上記のような比較的低いpHに調整することで、鉄を沈殿させることができる。多くの場合、鉄は、水酸化鉄(Fe(OH)3)等の固体となって沈殿する。
ここで、仮にpHを大きく上昇させた場合はコバルトの沈殿を招くが、この脱鉄工程では、それほどpHを上昇させることなしに、鉄を沈殿させることができるので、この際のコバルトの沈殿を有効に抑制することができる。
In this iron removal step, the iron in the solution is oxidized from divalent to trivalent by the addition of an oxidizing agent, and the trivalent iron is oxidized (hydroxylated) at a lower pH than divalent iron. Therefore, iron can be precipitated by adjusting to a relatively low pH as described above. In many cases, iron precipitates as a solid such as iron hydroxide (Fe (OH) 3 ).
Here, if the pH is greatly increased, precipitation of cobalt is caused. However, in this deironing step, iron can be precipitated without significantly increasing the pH. It can be effectively suppressed.
脱鉄工程で、pHが低すぎると鉄を十分に沈殿させることができず、この一方で、pHが高すぎると、コバルト等の他の金属も沈殿してしまう。この観点より、脱鉄工程におけるpHは、3.0〜4.0とすることがより好ましく、特に3.0〜3.5とすることがさらに好ましい。 In the iron removal step, if the pH is too low, iron cannot be sufficiently precipitated. On the other hand, if the pH is too high, other metals such as cobalt are also precipitated. From this viewpoint, the pH in the iron removal step is more preferably 3.0 to 4.0, and particularly preferably 3.0 to 3.5.
また脱鉄工程では、溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)を、好ましくは300mV〜900mV、より好ましくは500mV〜700mVとする。このときの酸化還元電位が低すぎる場合は、鉄が酸化されない可能性があり、この一方で、酸化還元電位が高すぎると、コバルトが酸化され酸化物として沈殿するおそれがある。 In the iron removal step, the redox potential (ORPvsAg / AgCl) of the solution is preferably 300 mV to 900 mV, more preferably 500 mV to 700 mV. If the redox potential at this time is too low, iron may not be oxidized. On the other hand, if the redox potential is too high, cobalt may be oxidized and precipitated as an oxide.
脱鉄工程では、酸化剤の添加に先立って、上述した範囲にpHを低下させるため、たとえば、硫酸、塩酸、硝酸等の酸を添加することができる。 In the iron removal step, prior to the addition of the oxidizing agent, for example, an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or nitric acid can be added in order to lower the pH to the above-described range.
脱鉄工程で添加する酸化剤は、鉄を酸化できるものであれば特に限定されないが、二酸化マンガン、正極活物質、及び/又は、正極活物質を浸出して得られるマンガン含有浸出残渣とすることが好ましい。これらは、溶液中の鉄を効果的に酸化させることができる。なお、正極活物質を酸等により浸出して得られるマンガン含有浸出残渣には、二酸化マンガンが含まれ得る。
酸化剤として上記の正極活物質等を用いる場合、溶液に溶解しているマンガンが二酸化マンガンとなる析出反応が生じるので、析出したマンガンを鉄とともに除去することができる。
The oxidizing agent added in the deironing step is not particularly limited as long as it can oxidize iron, but it should be a manganese-containing leaching residue obtained by leaching manganese dioxide, a positive electrode active material, and / or a positive electrode active material. Is preferred. These can effectively oxidize iron in solution. The manganese-containing leaching residue obtained by leaching the positive electrode active material with an acid or the like may contain manganese dioxide.
When the above positive electrode active material or the like is used as the oxidizing agent, a precipitation reaction occurs in which manganese dissolved in the solution becomes manganese dioxide, so that the precipitated manganese can be removed together with iron.
酸化剤の添加後は、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリを添加して、pHを所定の範囲に調整することができる。 After the addition of the oxidizing agent, the pH can be adjusted to a predetermined range by adding an alkali such as sodium hydroxide, sodium carbonate, ammonia or the like.
(抽出工程)
リチウムイオン電池スクラップにマンガンが含まれること等によって、脱アルミニウム工程及び脱鉄工程を経て得られた分離後液にマンガンが含まれる場合や、先述した浸出工程、脱アルミニウム工程、脱鉄工程で完全に除去されずに残った銅、アルミニウム、鉄が当該分離後液に含まれる場合があり、この場合は、その分離後液に対してマンガン等を抽出する抽出工程を行うことができる。但し、当該分離後液にマンガン等が含まれない場合は、この抽出工程は省略することも可能である。
(Extraction process)
When manganese is contained in the liquid after separation and iron removal process due to the inclusion of manganese in the lithium ion battery scrap, etc., or completely in the leaching process, aluminum removal process, and iron removal process described above. In some cases, the post-separation liquid contains copper, aluminum, and iron that remain without being removed. In this case, an extraction step of extracting manganese or the like from the post-separation liquid can be performed. However, this extraction step can be omitted if the separated liquid does not contain manganese or the like.
具体的には、抽出工程では、脱鉄工程後の分離後液に対して、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を含有する混合抽出剤を使用して溶媒抽出し、マンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを分離させることができる。
特に、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を併用することにより、銅、鉄、アルミニウムの分離効率が顕著に向上する。なかでも、銅はほとんど抽出することができる。
Specifically, in the extraction process, solvent extraction using a mixed extract containing a phosphate ester extractant and an oxime extractant is performed on the post-separation liquid after the iron removal process, and manganese, copper, iron And / or aluminum can be separated.
In particular, the combined use of a phosphate ester extractant and an oxime extractant significantly improves the separation efficiency of copper, iron, and aluminum. Among them, almost all copper can be extracted.
(コバルト/ニッケル回収工程)
マンガン抽出工程の後、抽出残液中のコバルト及び/又はニッケルを回収する。コバルト及び/又はニッケルの回収はそれぞれ、公知の方法により行うことができる。具体的には、コバルト及びニッケルの溶媒抽出をそれぞれ順次に行い、溶媒中のコバルトを逆抽出によって水相に移動させて電解採取によって回収し、また、溶媒中のニッケルも同様に逆抽出および電解採取により回収可能である。
(Cobalt / nickel recovery process)
After the manganese extraction step, cobalt and / or nickel in the extraction residue is recovered. Cobalt and / or nickel can be recovered by a known method. Specifically, cobalt and nickel are sequentially extracted by solvent, cobalt in the solvent is transferred to the aqueous phase by back extraction and recovered by electrowinning, and nickel in the solvent is similarly back extracted and electrolyzed. It can be recovered by sampling.
(リチウム回収工程)
コバルト/ニッケル回収工程の後、リチウムが残っている場合は、水相のリチウムを、たとえば、炭酸化して炭酸リチウムとして回収することができる。
(Lithium recovery process)
If lithium remains after the cobalt / nickel recovery step, the aqueous phase lithium can be carbonated and recovered as lithium carbonate, for example.
<図2に示す実施形態>
図2に示す実施形態では、上記の浸出工程の後、図1に示す実施形態とは逆に、脱鉄工程及び脱アルミニウム工程をこの順序で行った後に、図1に示す実施形態と同様にして、抽出工程を経て、コバルト/ニッケル回収工程、リチウム回収工程を行う。
図2に示す実施形態では、上述した浸出工程の終わりに、浸出後液に対して、フィルタープレスやシックナー等の公知の装置及び方法を用いて固液分離を行い、浸出後液に含まれる銅等の固体を除去することができる。
<Embodiment shown in FIG. 2>
In the embodiment shown in FIG. 2, after the above leaching step, the iron removal step and the dealumination step are performed in this order, contrary to the embodiment shown in FIG. 1, and then the same as the embodiment shown in FIG. 1. Then, after the extraction process, a cobalt / nickel recovery process and a lithium recovery process are performed.
In the embodiment shown in FIG. 2, at the end of the above leaching step, the liquid after leaching is subjected to solid-liquid separation using a known apparatus and method such as a filter press or thickener, and the copper contained in the liquid after leaching. Etc. can be removed.
(脱鉄工程)
浸出工程の固液分離の後、脱鉄工程として、酸化剤を添加するとともに、pHを3.0〜4.0の範囲内に調整することにより、溶液中の鉄を沈殿させ、その後の固液分離により、かかる鉄を除去する。
この脱鉄工程では、酸化剤の添加により、溶液中の鉄が、2価から3価へ酸化され、3価の鉄は2価の鉄よりも低いpHで酸化物(水酸化物)として沈殿することから、上記のような比較的低いpHに調整することで、鉄を沈殿させることができる。多くの場合、鉄は、水酸化鉄(Fe(OH)3)等の固体となって沈殿する。
pHを大きく上昇させた場合はコバルトの沈殿を招くが、この脱鉄工程では、それほどpHを上昇させることなしに、鉄を沈殿させることができるので、この際のコバルトの沈殿を有効に抑制することができる。
(Deironing process)
After the solid-liquid separation in the leaching step, as a deironing step, an oxidant is added and the pH is adjusted within the range of 3.0 to 4.0 to precipitate iron in the solution. Such iron is removed by liquid separation.
In this iron removal step, the iron in the solution is oxidized from divalent to trivalent by the addition of an oxidizing agent, and the trivalent iron precipitates as an oxide (hydroxide) at a lower pH than the divalent iron. Therefore, iron can be precipitated by adjusting to a relatively low pH as described above. In many cases, iron precipitates as a solid such as iron hydroxide (Fe (OH) 3 ).
When the pH is greatly increased, precipitation of cobalt is caused, but in this deironing step, iron can be precipitated without increasing the pH so much, so that the precipitation of cobalt at this time is effectively suppressed. be able to.
脱鉄工程で、pHが低すぎると鉄を十分に沈殿させることができず、この一方で、pHが高すぎると、コバルト等の他の金属も沈殿してしまう。この観点より、脱鉄工程におけるpHは、3.0〜4.0とすることがより好ましい。 In the iron removal step, if the pH is too low, iron cannot be sufficiently precipitated. On the other hand, if the pH is too high, other metals such as cobalt are also precipitated. From this viewpoint, the pH in the iron removal step is more preferably 3.0 to 4.0.
また脱鉄工程では、溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)を、好ましくは500mV〜1400mV、より好ましくは700mV〜1200mVとする。このときの酸化還元電位が高すぎる場合は、コバルトが酸化され酸化物として沈殿するおそれがあり、この一方で、酸化還元電位が低すぎると、鉄が酸化されない可能性がある。 In the iron removal step, the redox potential (ORPvsAg / AgCl) of the solution is preferably 500 mV to 1400 mV, more preferably 700 mV to 1200 mV. If the oxidation-reduction potential at this time is too high, cobalt may be oxidized and precipitate as an oxide. On the other hand, if the oxidation-reduction potential is too low, iron may not be oxidized.
脱鉄工程で添加する酸化剤は、鉄を酸化できるものであれば特に限定されないが、二酸化マンガン、正極活物質、及び/又は、正極活物質を浸出して得られるマンガン含有浸出残渣とすることが好ましい。これらは、溶液中の鉄を効果的に酸化させることができる。なお、正極活物質を酸等により浸出して得られるマンガン含有浸出残渣には、二酸化マンガンが含まれ得る。
なお、酸化剤として上記の正極活物質を用いる場合、溶液に溶解しているマンガンが二酸化マンガンとなる析出反応を生じるので、析出したマンガンを鉄とともに除去することができる。
The oxidizing agent added in the deironing step is not particularly limited as long as it can oxidize iron, but it should be a manganese-containing leaching residue obtained by leaching manganese dioxide, a positive electrode active material, and / or a positive electrode active material. Is preferred. These can effectively oxidize iron in solution. The manganese-containing leaching residue obtained by leaching the positive electrode active material with an acid or the like may contain manganese dioxide.
In addition, when using said positive electrode active material as an oxidizing agent, since the precipitation reaction from which the manganese melt | dissolved in the solution turns into manganese dioxide arises, the precipitated manganese can be removed with iron.
また、脱鉄工程では、上述した範囲にpHを調整するため、たとえば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリを添加することができる。 Moreover, in the iron removal process, in order to adjust pH to the range mentioned above, alkalis, such as sodium hydroxide, sodium carbonate, ammonia, can be added, for example.
(脱アルミニウム工程)
脱アルミニウム工程では、上記の脱鉄工程で得られた溶液のpHを、4.0〜6.0の範囲内に上昇させて中和することにより、当該溶液中のアルミニウムを沈殿させ、その後の固液分離により、かかるアルミニウムを除去する。
(Dealuminizing process)
In the dealumination process, the pH of the solution obtained in the dealumination process is raised to 4.0 to 6.0 to neutralize the solution, thereby precipitating aluminum in the solution. Such aluminum is removed by solid-liquid separation.
この脱アルミニウム工程で、pHが低すぎるとアルミニウムを十分に沈殿させることができず、この一方で、pHが高すぎると、コバルト等の他の金属も沈殿してしまう。この観点より、脱アルミニウム工程におけるpHは、4.0〜6.0とすることがより好ましく、特に、4.5〜5.0とすることがさらに好ましい。
脱アルミニウム工程では、pHを上述した範囲内に上昇させるため、たとえば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、アンモニア等のアルカリを添加することができる。
In this dealumination step, if the pH is too low, aluminum cannot be sufficiently precipitated. On the other hand, if the pH is too high, other metals such as cobalt are also precipitated. From this viewpoint, the pH in the dealumination process is more preferably 4.0 to 6.0, and particularly preferably 4.5 to 5.0.
In the dealumination step, for example, an alkali such as sodium hydroxide, sodium carbonate, or ammonia can be added in order to raise the pH within the above-described range.
そしてまた、脱アルミニウム工程では、溶液の温度を、60℃〜90℃とすることが好適である。これはすなわち、温度を60℃未満とした場合は、反応性が悪くなることが懸念され、また、90℃より高くした場合は、高熱に耐えられる装置が必要になる他、安全上も好ましくない。そのため、溶液の温度は、60℃〜90℃とすることが好ましい。 In the dealumination process, it is preferable that the temperature of the solution is 60 ° C to 90 ° C. That is, if the temperature is less than 60 ° C., there is a concern that the reactivity may deteriorate, and if it is higher than 90 ° C., a device that can withstand high heat is required and it is not preferable for safety. . Therefore, the temperature of the solution is preferably 60 ° C to 90 ° C.
ここで、先述の浸出工程で得られる浸出後液が、溶解したリチウムを含む場合、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)を、1.1以上としておくことが、この脱アルミニウム工程での沈殿物の濾過性向上の点で好ましい。この場合、脱アルミニウム工程における沈殿物に含まれるアルミニウムが、ゲル状のAl(OH)3の他、結晶性のあるLiAlO2、LiAl2(OH)7等の複合酸化物、複合水酸化物を生成し、粉末状に近い形態となるこの沈殿物は、固液分離時に濾過し易いことから、脱アルミニウム工程での固液分離の際の濾過に要する時間を短縮化することができる。
この観点から、浸出後液中のアルミニウムに対するリチウムのモル比(Li/Al比)は、1.1以上とすることが好ましい。
Here, when the leached liquid obtained in the leaching step described above contains dissolved lithium, the molar ratio of lithium to aluminum in the leached liquid (Li / Al ratio) should be 1.1 or more. This is preferable in terms of improving the filterability of the precipitate in the dealumination step. In this case, the aluminum contained in the precipitate in the dealumination step is not only gel-like Al (OH) 3 but also complex oxides such as crystalline LiAlO 2 and LiAl 2 (OH) 7 and composite hydroxides. Since this precipitate which is generated and has a form close to powder is easy to filter during solid-liquid separation, the time required for filtration during solid-liquid separation in the dealumination process can be shortened.
From this viewpoint, the molar ratio of lithium to aluminum (Li / Al ratio) in the liquid after leaching is preferably 1.1 or more.
なお、浸出後液中のリチウムは、リチウムイオン電池スクラップにそもそも含まれるリチウムが酸浸出されたものとすることができる他、浸出後液等に他のリチウム含有材料を添加して、これが酸浸出されたものとすることもできる。また、リチウム含有材料の添加により、浸出後液中のAl/Li比を調整することが可能である。このリチウム含有材料としては、試薬を用いることもできるが、リチウムイオン電池スクラップの処理プロセスで得られた炭酸リチウム、水酸化リチウムその他のリチウム化合物や、これらのうちの少なくとも一種を水に溶解させて得られるリチウム水溶液とすることが好ましい。 In addition, the lithium in the solution after leaching can be obtained by acid leaching of lithium originally contained in the lithium ion battery scrap. It can also be made. Moreover, it is possible to adjust the Al / Li ratio in the liquid after leaching by adding a lithium-containing material. As the lithium-containing material, a reagent can be used, but lithium carbonate, lithium hydroxide and other lithium compounds obtained in the lithium ion battery scrap treatment process, or at least one of them can be dissolved in water. It is preferable to obtain an obtained lithium aqueous solution.
(抽出工程)
リチウムイオン電池スクラップにマンガンが含まれること等によって、脱鉄工程及び脱アルミニウム工程を経て得られた分離後液にマンガンが含まれる場合や、先述した浸出工程、脱鉄工程、脱アルミニウム工程で完全に除去されずに残った銅、鉄、アルミニウムが分離後液に含まれる場合があり、この場合は、分離後液に対してマンガン等を抽出する抽出工程を行うことができる。但し、分離後液にマンガン等が含まれない場合は、この抽出工程は省略することも可能である。
(Extraction process)
If manganese is contained in the liquid after separation after the iron removal process and the dealumination process due to the inclusion of manganese in the lithium ion battery scrap, etc., or if the leaching process, the iron removal process, and the dealumination process are complete. In some cases, copper, iron, and aluminum remaining without being removed are contained in the post-separation liquid. In this case, an extraction step of extracting manganese or the like from the post-separation liquid can be performed. However, this extraction step can be omitted when the separation liquid does not contain manganese or the like.
具体的には、抽出工程では、脱アルミニウム工程後の分離後液に対して、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を含有する混合抽出剤を使用して溶媒抽出し、マンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを分離させることができる。
特に、燐酸エステル系抽出剤及びオキシム系抽出剤を併用することにより、銅、鉄、アルミニウムの分離効率が顕著に向上する。なかでも、銅はほとんど抽出することができる。
Specifically, in the extraction step, the separated liquid after the dealumination step is subjected to solvent extraction using a mixed extractant containing a phosphate ester type extractant and an oxime type extractant, and manganese, copper, iron And / or aluminum can be separated.
In particular, the combined use of a phosphate ester extractant and an oxime extractant significantly improves the separation efficiency of copper, iron, and aluminum. Among them, almost all copper can be extracted.
(コバルト/ニッケル回収工程)
マンガン抽出工程の後、抽出残液中のコバルト及び/又はニッケルを回収する。コバルト及び/又はニッケルの回収はそれぞれ、公知の方法により行うことができる。具体的には、コバルト及びニッケルの溶媒抽出をそれぞれ順次に行い、溶媒中のコバルトを逆抽出によって水相に移動させて電解採取によって回収し、また、溶媒中のニッケルも同様に逆抽出および電解採取により回収可能である。
(Cobalt / nickel recovery process)
After the manganese extraction step, cobalt and / or nickel in the extraction residue is recovered. Cobalt and / or nickel can be recovered by a known method. Specifically, cobalt and nickel are sequentially extracted by solvent, cobalt in the solvent is transferred to the aqueous phase by back extraction and recovered by electrowinning, and nickel in the solvent is similarly back extracted and electrolyzed. It can be recovered by sampling.
(リチウム回収工程)
コバルト/ニッケル回収工程の後、リチウムが残っている場合は、水相のリチウムを、たとえば、炭酸化して炭酸リチウムとして回収することができる。
(Lithium recovery process)
If lithium remains after the cobalt / nickel recovery step, the aqueous phase lithium can be carbonated and recovered as lithium carbonate, for example.
次に、この発明を試験的に実施し、その効果を確認したので以下に説明する。但し、ここでの説明は、単なる例示を目的とするものであって、それに限定されることを意図するものではない。 Next, the present invention was experimentally implemented and its effects were confirmed, and will be described below. However, the description here is for illustrative purposes only and is not intended to be limiting.
リチウムイオン電池スクラップとして表1に示す品位の電池粉41.1gを純水に投入して速度500rpmで撹拌した後、98%の濃硫酸をpHが1.8となるように添加し、それにより得た酸性溶液を70℃に加温した。 After charging 41.1 g of battery powder of the grade shown in Table 1 as lithium-ion battery scrap into pure water and stirring at a speed of 500 rpm, 98% concentrated sulfuric acid was added to a pH of 1.8, thereby The resulting acidic solution was warmed to 70 ° C.
そして、酸性溶液のORPが−250mV(Ag/AgCl)になるまで、70℃で撹拌を継続し、この間もpHが1.8に維持されるように適宜濃硫酸を追加した。
実施例では、酸性溶液のORPが−250mVになった際に、0.5gのCoの金属片を酸性溶液に添加し、その添加後、30分間にわたって70℃で撹拌を継続した。一方、比較例では、かかる金属片を添加せずに、酸性溶液のORPが−250mVになってから30分間にわたって70℃で撹拌を継続した。
Stirring was continued at 70 ° C. until the ORP of the acidic solution became −250 mV (Ag / AgCl), and concentrated sulfuric acid was appropriately added so that the pH was maintained at 1.8 during this time.
In the examples, when the ORP of the acidic solution reached −250 mV, 0.5 g of Co metal piece was added to the acidic solution, and stirring was continued at 70 ° C. for 30 minutes after the addition. On the other hand, in the comparative example, stirring was continued at 70 ° C. for 30 minutes after the ORP of the acidic solution became −250 mV without adding the metal piece.
これらの実施例および比較例のそれぞれにおける時間の経過に伴うORP、pH及びCu濃度の変化を、図3及び4のそれぞれにグラフで示す。また、実施例および比較例のそれぞれにおけるそれらのORP、pH及びCu濃度の測定値を、ORP上昇速度とともに、表2及び表3にそれぞれ示す。
なおここでは、液温が70℃に達した時点を時間0hとした。
Changes in ORP, pH, and Cu concentration over time in each of these examples and comparative examples are shown graphically in FIGS. 3 and 4, respectively. Moreover, the measured value of those ORP, pH, and Cu density | concentration in each of an Example and a comparative example is shown in Table 2 and Table 3, respectively with an ORP raise rate.
Here, the time when the liquid temperature reached 70 ° C. was defined as time 0 h.
実施例では、図3に示すように、ORPが急上昇したタイミングで金属片を添加したことにより、酸性溶液中のCu濃度を低く抑えることができた。一方、比較例では、図4に示すように、金属片を添加しなかったことにより、Cu濃度が大きく上昇した。 In the example, as shown in FIG. 3, the Cu concentration in the acidic solution could be kept low by adding the metal piece at the timing when the ORP rapidly increased. On the other hand, in the comparative example, as shown in FIG. 4, the Cu concentration was greatly increased by not adding the metal piece.
以上の試験結果より、この発明によれば、浸出工程で銅を酸性溶液に溶解させずに固体として残すことができ、それにより、後工程での負荷の軽減に寄与できることが解かった。 From the above test results, it was found that according to the present invention, copper can be left as a solid without being dissolved in an acidic solution in the leaching step, thereby contributing to the reduction of the load in the subsequent step.
Claims (10)
前記浸出工程にて、酸性溶液の酸化還元電位(ORPvsAg/AgCl)が急上昇し始めたタイミングで、鉄、ニッケル及びコバルトのうちの少なくとも一種の元素を含む金属片を、酸性溶液に添加する、リチウムイオン電池スクラップの処理方法。 Contacting a lithium ion battery scrap containing at least copper with an acidic solution and leaching the lithium ion battery scrap;
In the leaching step, at the timing when the oxidation-reduction potential (ORPvsAg / AgCl) of the acidic solution starts to rise rapidly, a metal piece containing at least one element of iron, nickel, and cobalt is added to the acidic solution. Ion battery scrap processing method.
前記浸出後液を、pH4.0〜6.0の範囲内に中和した後に固液分離を行い、浸出後液中のアルミニウムを除去する脱アルミニウム工程と、前記脱アルミニウム工程の後、酸化剤を添加して、pHを3.0〜5.0の範囲内に調整した後に固液分離を行い、鉄を除去する脱鉄工程とをさらに有する、請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 The leached liquid obtained in the leaching step contains aluminum and iron,
After the leaching solution is neutralized within the range of pH 4.0 to 6.0, solid-liquid separation is performed, and a dealumination step of removing aluminum in the solution after leaching, and after the dealumination step, an oxidizing agent The lithium-ion battery according to claim 1, further comprising a step of removing iron by performing solid-liquid separation after adding pH and adjusting the pH within a range of 3.0 to 5.0. Scrap processing method.
前記浸出後液に対して固液分離を行った後、酸化剤を添加して、pHを3.0〜4.0の範囲内に調整した後に固液分離を行い、鉄を除去する脱鉄工程と、前記脱鉄工程の後、pH4.0〜6.0の範囲内に中和した後に固液分離を行い、アルミニウムを除去する脱アルミニウム工程とをさらに有する、請求項1又は2に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 The leached liquid obtained in the leaching step contains aluminum and iron,
After the leaching, solid-liquid separation is performed, and then an oxidant is added to adjust the pH within the range of 3.0 to 4.0, followed by solid-liquid separation to remove iron. The method according to claim 1, further comprising: a step and a dealumination step of removing aluminum by performing solid-liquid separation after neutralization within the range of pH 4.0 to 6.0 after the iron removal step. Lithium ion battery scrap processing method.
前記分離後液に対して溶媒抽出を行い、該分離後液からマンガン、銅、鉄及び/又はアルミニウムを除去する抽出工程をさらに有する、請求項3〜6のいずれか一項に記載のリチウムイオン電池スクラップの処理方法。 The separated liquid obtained through the dealumination step and the iron removal step contains manganese, copper, iron and / or aluminum dissolved in the solution after separation,
The lithium ion according to any one of claims 3 to 6, further comprising an extraction step of performing solvent extraction on the post-separation liquid and removing manganese, copper, iron and / or aluminum from the post-separation liquid. Battery scrap processing method.
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